铝合金微弧氧化陶瓷层的着色研究

摘要

为了改善微弧氧化陶瓷层的装饰性能,扩大微弧氧化技术的应用范围,本课题研究了利用微弧氧化原理在铝合金表面制备陶瓷层的同时,对陶瓷层进行绿色和黑色着色处理的技术与工艺,并对陶瓷层的显色机理进行了探讨,对着色陶瓷层的表观形貌、相结构、耐磨性、耐腐蚀性进行了分析。
　　课题以陶瓷层的颜色、表面粗糙度、厚度、结合力为指标,通过正交试验筛选了绿色陶瓷层和黑色陶瓷层制备的电解液配方与工艺条件。结果表明,对于绿色陶瓷层,适宜的电解液配方和制备工艺为:NaSiO39g/L,NaOH1g/L,Cr3+0.01mol/L,正向电压为550V,负向电压为-200V,脉冲频率150Hz,氧化时间20min;对于黑色陶瓷层,适宜的电解液配方和制备工艺为:Na2SiO39g/L, Na5P3O108g/L, NH4VO35g/L, NaOH4g/L,正向电压450V,脉冲频率500Hz,氧化时间50min。
　　课题对陶瓷层的显色机理进行了初步探讨。绿色陶瓷层的主要组成相为α-Al2O3、γ-Al2O3和莫来石,在电解液中加入Cr3+后,Cr3+在微弧氧化过程中生成Cr2O3,使得陶瓷层显绿色。黑色陶瓷层的主要组成相为γ-Al2O3、Al2SiO5、NaAlSiO4,电解液中加入NH4VO3后,VO3?迁移到试样表面后生成黑色V2O3,使得陶瓷层显黑色。对于黑色陶瓷层的制备,电解液中Na2SiO3和Na5P3O10是黑色陶瓷层形成必不可少的电解液组分,施加负向电压将使膜层黑度急剧减小,因此,主盐和负向电压对黑度具有重要影响。
　　课题分析了制备工艺条件对绿色和黑色陶瓷层质量的影响,实验结果显示,提高正向电压、增加氧化时间、降低负向电压和脉冲频率,绿色陶瓷层的厚度增加,膜层的结合力提高,但提高脉冲频率和增加氧化时间时,粗糙度变大;在黑色陶瓷层的制备中,提高正向、负向电压,降低频率,黑色陶瓷层的厚度增加,也有利于提高结合力,但粗糙度变大。
　　课题还对着色陶瓷层的性能进行了测试,经微弧氧化着色处理的铝合金试样的表面耐磨性与耐腐蚀性均提高。添加稀土Y可以进一步提高绿色膜的耐磨性与耐腐蚀性,但是对黑色膜的耐腐蚀性有不利影响。

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第一章 绪 论

1.1 铝合金特性及表面处理技术

1.2 微弧氧化技术

1.3 铝合金微弧氧化着色现状

1.4 稀土在陶瓷中的应用

1.5 课题的提出及研究内容

第二章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3试验方法

第三章 6063铝合金微弧氧化绿色陶瓷层制备

3.1 绿色陶瓷层制备的微弧氧化工艺研究

3.2绿色陶瓷层的显色机理

3.3陶瓷层形貌与性能检测

3.4本章小结

第四章 6063铝合金微弧氧化黑色陶瓷层的制备

4.1黑色陶瓷层制备的微弧氧化工艺研究

4.2 黑色陶瓷层的显色机理

4.3 微弧氧化陶瓷层性能的检测

4.4 本章小结

第五章 结 论

参 考 文 献

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